CHƯƠNG VI: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

So sánh dòng điện dẫn với dòng điện dịch Giống nhau: cả hai đều sinh ra xung quanh nó một từ trường. Khác nhau: + Dòng điện dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích, xuất hiện trong dây dẫn. + Dòng điện dịch là một điện trường biến thiên, xuất hiện giữa hai bản tụ điện, không có các hạt mang điện tích chuyển động 2. Chu kỳ Tần số Tần số góc: a) Tần số góc:  (rads)  = 1LC Trong đó: L gọi là độ tự cảm của cuộn dây (H); C là điện dung của tụ điện (F) Với tụ điện phẳng C = S4Kd Với:  là hằng số điện môi S là diện tích tiếp xúc của hai bản tụ K = 9.109 d: khoảng cách giữa hai bản tụ 1. Năng lượng của mạch LC. Năng lượng mạch LC: W = Wđ + Wt Trong đó: W: Năng lượng mạch dao động (J) Wđ: Năng lượng điện trường (J) tập trung ở tụ điện WC 3: SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ TRUYỀN THÔNG BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN 1. Điện từ trường Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường đều sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian và ngược lại, mỗi biến thiên theo thời gian của điện trường cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh. Điện từ trường gồm hai mặt, đó là điện trường và từ trường. Sẽ không bao giời có một điện trường hay một từ trường tồn tại duy nhất, chúng luôn tồn tại song song nhau. Khi nhắc tới điện trường hay từ trường tức là chúng ta đang nhắc tới một mặt của điện từ trường. 2. Sóng điện từ a) Định nghĩa Sóng điện từ là quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian b) Đặc điểm của sóng điện từ lan truyền với vận tốc 3.108 ms trong chân không Sóng điện từ là sóng ngang, trong quá trình lan truyền điện trường và từ trường làn truyền cùng pha và có phương vuông góc với nhau Sóng điện từ có thể lan truyền được trong chân không, đây là sự khác biệt giữa sóng điện từ và sóng cơ c) Tính chất sóng điện từ Trong quá trình lan truyền nó mang theo năng lượng Tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ. Tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ Nguồn phát sóng điện từ (chấn tử) có thể là bất kỳ vật nào phát ra điện trường hoặc từ trường biến thiên như: tia lửa điện, cầu dao đóng ngắt mạch điện…

CHƯƠNG VI: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

1 MẠCH DAO ĐỘNG LC

1 Các phương trình

- Phương trình điện tích q = Q0.cos(ωt +π) (C)

- Phương trình dòng điện

i = q’ = ω.Q0.cos(ωt + ϕ + ) (A) = I0.cos(ωt +ϕ + )(A)

Trong đó: (I0 = ω.Q0)

- Phương trình hiệu điện thế

u = =

C

Q0

cos(ωt + ϕ) (V) = U0.cos(ωt + ϕ) (V) Trong đó: (U0 =

C

Q0 )

u và q dao động cùng pha, nhưng i nhanh pha hơn u và q một góc

So sánh dòng điện dẫn với dòng điện dịch

* Giống nhau: cả hai đều sinh ra xung quanh nó một từ trường

* Khác nhau:

+ Dòng điện dẫn là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích, xuất hiện trong dây dẫn

+ Dòng điện dịch là một điện trường biến thiên, xuất hiện giữa hai bản tụ điện, không có các hạt mang điện tích chuyển động

2 Chu kỳ - Tần số - Tần số góc:

a) Tần số góc: ω (rad/s)

ω = Trong đó: L gọi là độ tự cảm của cuộn dây (H); C là điện dung của tụ điện (F)

Với tụ điện phẳng C =

Với: ε là hằng số điện môi

S là diện tích tiếp xúc của hai bản tụ

K = 9.109

d: khoảng cách giữa hai bản tụ

b) Chu kỳ T(s)

T = = 2π

c) Tần số: f (Hz)

f = =

3 Công thức độc lập thời gian:

a Q = q2 + i22

i Q

0

2

0

=







 +









Q

q U

0

2

0

=







 +









4 Quy tắc ghép tụ điện - cuộn dây

a) Ghép nối tiếp

- Ghép tụ điện:

2

1 C

1 C

2 1

2 1

C C

C C C

+

C C

CC C

2

2

CC C

1

1

- Ghép cuộn dây: L = L1 + L2

b) Ghép song song

- Ghép tụ điện: C = C1 +C2

- Ghép cuộn dây:

2

1 L

1 L

Bài toán liên quan đến ghép tụ (Cuộn cảm giữ nguyên)

a C1 nt C2 ⇒ 2

2

2 1

2 1 nt

T T

T T T

+

2

2 1

b C1 // C2 ⇒ 2

2

2 1

2

2 1

2 1 ss

f f

f f f

+

5 Bài toán viết phương trình u - i - q

Loại 1: Giả sử bài cho phương trình: q = Q 0 cos(ωt+φ)

⇒ i = I0cos(ωt + φ + ) Trong đó: I0 = ωQ0

⇒ u = U0cos(ωt + φ) Trong đó: U0 =

C

Q0

Loại 2: Giả sử bài cho phương trình: i =I 0 cos(ωt+φ)

⇒ q = Q0cos(ωt + φ - ) Trong đó: Q0 =

ω0 I

⇒ u = U0cos(ωt + φ- ) Trong đó: U0 =

C

L

I0

Loại 3: Giả sử bài cho phương trình: u =U 0 cos(ωt+φ)

⇒ q = Q0cos(ωt + φ) Trong đó: Q0 =C.U0

⇒ i = I0cos(ωt + φ + ) Trong đó: I0 =

L

C

U0

2 NĂNG LƯỢNG MẠCH LC

1 Năng lượng của mạch LC.

Năng lượng mạch LC: W = Wđ + Wt

Trong đó:

- W: Năng lượng mạch dao động (J)

- Wđ: Năng lượng điện trường (J) tập trung ở tụ điện WC

Wđ = Cu2 = qu =

C 2

q2

=

2 0

2

Q

C.cos2ωt ⇒ Wđmax = CU =

2 0

2

Q C

- Wt: Năng lượng từ trường (J) tập trung ở cuộn dây WL

Wt = Li2 = Lω2Q2sin2(ωt)

⇒ Wtmax = LI

Tổng Kết

W = Wđ + Wt = Wđmax = CU = 02 02

2

Q

C = Wtmax = LI = C02 2

1

u + L 2

1

i = q1u1 + Li = 12

2 1

2

q

C +

2 1

2

Li

⇒ Ta có một số hệ thức sau:

2 2

2

I

C

q Li

LI2 2 2

I L

C

q2

⇒ I2 i2 2q

2 2

2

C

q

C

Q

+

0

i q









 ω +

U

I0 = U0 L

C

; U0 = I0 C

L

2 Dao động điện từ tắt dần khi cuộn cảm không thuần (có điện trở) Nên có một phần năng lượng bị

tiêu hao do hiệu ứng Jun – Lenxo

Công thức xác định công suất mất mát của mạch LC (năng lượng cần cung cấp để duy trì mạch LC)

∆P = P = RI2 =

2 0

2

I R

Ngoài ra, còn một phần năng lượng giảm do bị bức xạ ra không gian xung quanh

3 Một số kết luận quan trọng.

- Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với chu kỳ là , tần số là 2f, tần

số góc 2ω

- Năng lượng điện trường tức thời và năng lượng từ trường tức thời biến thiên ngược pha nhau

- Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên điều hoà, nhưng năng lượng của mạch là một đại lượng bảo toàn

- Thời gian liên tiếp năng lượng điện và năng lượng từ bằng nhau là t =

- Wt = n.Wd →

0

1 1 1

d

t

Q q

n W W n n

n

 = ±





 =



3: SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ TRUYỀN THÔNG BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN

1 Điện từ trường

Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường đều sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian và ngược lại, mỗi biến thiên theo thời gian của điện trường cũng sinh ra một

từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh

- Điện từ trường gồm hai mặt, đó là điện trường và từ trường Sẽ không bao giời có một điện trường hay một từ trường tồn tại duy nhất, chúng luôn tồn tại song song nhau

- Khi nhắc tới điện trường hay từ trường tức là chúng ta đang nhắc tới một mặt của điện từ trường

2 Sóng điện từ

a) Định nghĩa

Sóng điện từ là quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian

b) Đặc điểm của sóng điện từ

- lan truyền với vận tốc 3.108 m/s trong chân không

- Sóng điện từ là sóng ngang, trong quá trình lan truyền điện trường và

từ trường làn truyền cùng pha và có phương vuông góc với nhau

- Sóng điện từ có thể lan truyền được trong chân không, đây là sự

khác biệt giữa sóng điện từ và sóng cơ

c) Tính chất sóng điện từ

- Trong quá trình lan truyền nó mang theo năng lượng

- Tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ

- Tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ

- Nguồn phát sóng điện từ (chấn tử) có thể là bất kỳ vật nào phát ra điện trường hoặc từ trường biến thiên như: tia lửa điện, cầu dao đóng ngắt mạch điện…

d) Công thức xác định bước sóng của sóng điện từ:

 Trong đó: λ: gọi là bước sóng sóng điện từ; c = 3.108 m/s; T: chu kỳ của sóng

3 Truyền thông bằng sóng vô tuyến

a) Các khoảng sóng vô tuyến

Sóng dài > 1000 m - Không bị nước hấp thụ

- Thông tin liên lạc dưới nước Sóng trung 100  1000 m

- Bị tầng điện ly hấp thụ ban ngày, phản xạ ban đêm lên ban đêm nghe radio rõ hơn ban ngày

- Chủ yếu thông tin trong phạm vi hẹp Sóng ngắn 10  100 m

- Bị tầng điện ly và mặt đất phản xạ

- Máy phát sóng ngắn công suất lớn có thể truyền thông tin đi rất xa trên mặt đất

Sóng cực ngắn 0,01  10 m - Có thể xuyên qua tầng điện ly- Dùng để thông tin liên lạc ra vũ trụ

b) Sơ đồ máy thu - phát sóng vô tuyến

Trong đó:

c) Truyền thông bằng sóng điện từ.

Nguyên tắc thu phát fmáy = fsóng

fmáy = = fsóng = ⇒ Bước sóng máy thu được: λ = c.2π

4 Một số bài toán thường gặp.

Loại 1: Xác định bước sóng máy có thể thu được:

Đề 1: Mạch LC của máy thu có L = l1; C = C1, cho c = 3.108 m/s Xác định bước sóng mà máy có thể thu được: λ = c.2π

(1): Micrô

(2): Mạch phát sóng điện từ cao tần

(3): Mạch biến điệu

(4): Mạch khuyếch đại

(5): Anten phát

(1): Anten thu

(2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần

(3): Mạch tách sóng

(4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần

(5): Loa

Đề 2: Mạch LC của máy thu có tụ điện có thể thay đổi được từ C1 đến C2 (C1 < C2) và độ tự cảm L Hãy

xác định khoảng sóng mà máy có thể thu được:

[ ]





















π

= λ

π

= λ

λ

→ λ

= λ

2 2

1 1

2 1

LC 2 c

LC 2 c đó

Trong

Đề 3: Mạch LC của máy thu có C có thể điều chỉnh từ [C1  C2]; L điều chỉnh được từ [L1 L2] Xác

định khoảng sóng mà máy có thể thu được :

[ ]





















π

= λ

π

= λ

λ

→ λ

= λ

2 2 2

1 1 1

2 1

C L 2 c

C L 2 c đó

Trong

Đề 4: L không đổi: Ghép C1 và C2 tính λ và ƒ

a C1 nt C2 ⇒ 2

2

2 1

2 1 nt

λ + λ

λ λ

=

2

2 1

b C1 // C2 ⇒ 2

2

2 1

2

2 1

2 1 ss

f f

f f f

+

Loại 2: Trong mạch dao động LC, với C là điện dung của tụ điện xoay có thay đổi từ Cmin đến Cmax

Đề 1: Nếu ban đầu điện dung của tụ có giá trị cực đại, để thu được sóng điện từ có bước sóng λ thì ta phải quay tụ một góc ∆φ với

0 max

.180

v

C C

C C

∆ =

− Trong đó

2

2 2

4

v

C

c L

λ π

=

Đề 2: Nếu ban đầu điện dung của tụ có giá trị cực tiểu, để thu được sóng điện từ có bước sóng λ thì ta

phải quay tụ một góc ∆φ với

0 min

.180

v

C C

C C

∆ =

−